Основні методи фізіології. Предмет і завдання фізіології

Знати особливості функціонування організму, кожної його частини, структури, вміти досліджувати і прогнозувати зміни і патології - це важливе завдання для фахівців у галузі медицини. Існує ціла наука, яка займається вивченням якраз таких питань. Вона називається фізіологія. Це наука про ті процеси, які супроводжують нормальну життєдіяльність організму. Виникла вона досить давно, ще Гіппократ вперше виявляв інтерес до функціонування живих систем. Сьогодні існують різноманітні методи вивчення фізіології, які допомагають у повній мірі зрозуміти ті чи інші механізми і особливості організму.

Загальне поняття про фізіологію

Почати слід з загального поняття. Фізіологія - це наука про життєдіяльність живої істоти, його взаємозв`язку з зовнішніми умовами середовища, їх вплив на стан здоров`я і нормального функціонування органів та їх систем. В цілому головна думка даної науки - виявити глибинні механізми існування живого, зрозуміти, як відбувається його саморегуляція і всі інші процеси.

Об`єктом фізіології є тільки живий організм, адже саме так можливо виявити всі цікавлять людей закономірності в його будові і функціонуванні. Завдання дисципліни чітко простежуються в самому визначенні.

Таким чином, предмет, завдання і методи фізіології - три складові теоретичних основ науки. Багато вчених в усі часи намагалися вникнути в суть що відбуваються в організмі, у тому числі людському, змін. Однак повністю можливим це стало тільки з винаходом сучасних приладів і пристроїв, тобто повний розвиток наука отримала лише починаючи з XX століття.

Це не завадило їй стати стати однією з лідируючих серед біологічних наук. Фізіологія, анатомія і медицина - Три тісно взаємозалежні між собою дисципліни, які є фундаментом один для одного. Тому методи анатомії і фізіології в деяких випадках подібні між собою.

Розділи фізіології

Сама по собі дана наука має кілька дочірніх дисциплін. Так, виділяють фізіологію:

• загальну;
• порівняльну;
• приватну.

Загальна займається вивченням процесів життєдіяльності в цілому. Тобто розглядає закономірності протікання тих реакцій, які є проявами життя. Наприклад, харчування, дихання, виділення, регуляції, зміни сну і неспання і інших. Сюди ж відноситься такий розділ, як фізіологія клітини, який займається детальним дослідженням всіх її життєвих проявів.

Порівняльна фізіологія порівнює процеси життєдіяльності одного або різних видів організмів у процесі онтогенезу. У результаті так само формується ціла гілка - еволюційна фізіологія.

Приватна займається більш вузькими специфічними дослідженнями. Так, можна виділити кілька варіантів дисциплін, що входять в цю групу.

1. Фізіологія людини, методи дослідження якої ми розглянемо трохи пізніше.
2. Фізіологія окремих груп живих організмів (комах, птахів, ссавців тварин, рептилій і так далі).
3. Окремих органів і тканин.
4. Систем організму (фізіологія травлення, кровообігу, дихання та інше).

Особливо широкий розвиток останнім часом набуло дослідження людини з точки зору цієї науки. Адже його організм має саме складну будову. Методи фізіології людини досить різноманітні й ефективні, щоб виявити всі необхідні для розуміння суті речі. Виділяють:

• вікову фізіологію;
• харчування;
• праці;
• спорту;
• космічну;
• патологічну;
• клінічну.

Сукупні дані цих дисциплін допомагають осягнути всі неозорі процеси, що відбуваються всередині людини і знайти доступ до управління ними.

Методи дослідження у фізіології

Таких налічується декілька. Існують історично сформовані, які застосовувалися ще в давнину. Сьогодні сформовані і нові, засновані на останніх наукових досягненнях в області техніки, електроніки, вивченні електромагнітних випромінювань.

Виділяють наступні методи фізіології.

1. Екстирпація - один з найдавніших способів вивчення. Полягав у видаленні того чи іншого органу у живої істоти з подальшим спостереженням за реакцією організму і фіксацією результатів.
2. Фістульних метод. Його основа - у введенні всередину органів, що мають порожнину, трубок з металу або пластмаси і фіксації таким чином біологічних рідин. Виходять дані про зміну хімічної природи речовин, тобто досліджується секреторна функція організму.
3. Метод катетеризації - введення по тонким трубочкам в органи і судини спеціальних ліків, що викликають зміни у функціонуванні. Так вивчається робота серця, кровоносних судин, залоз зовнішньої і внутрішньої секреції (не всіх).
4. Метод денервации. Використовується для дослідження взаємозв`язку між нервами і робочими органами. Для цього використовується спосіб роздратування з подальшою фіксацією результатів.
5. Методи вивчення фізіології, засновані на використанні інструментів та обладнання. Сюди відноситься вживляння в органи і тканини макро- і мікроелементів, реєстрація нервових імпульсів, вплив випромінюванням, зняття показань роботи серця і головного мозку і так далі.

Деякі методи дослідження у фізіології ми розглянемо докладніше далі. Вони є найбільш часто вживаними і важливими.

Спостереження

Дані методи фізіології використовувалися ще в Давньому Єгипті, Римі, Китаї, на Стародавньому Сході. Вже тоді існували дослідники, які цікавляться змінами, що відбуваються в живих організмах. Так, наприклад, у Єгипті при муміфікуванні фараонів і їх сімей виробляли розтин трупів і фіксували зміни внутрішнього середовища. Оцінювалися такі показники, як:

• колір і якість біологічних рідин і мас;
• забарвлення органів;
• колір очної склери;
• якість і колір мокротиння;
• набряклість шкіри, її тургор і структура.

Ці характеристики порівнювалися з такими у здорових людей і робилися певні висновки. Можливо було навіть встановити в деяких випадках причину смерті людини.

Сьогодні спостереження не втратило своєї актуальності, особливо коли мова йде про психофізіології. Поведінка людини, її емоції, темперамент, зовнішні прояви тремтіння, пітливості - всі ці ознаки служать певними дзвіночками до дослідження. Вони дають зрозуміти взаємозв`язок будови і зовнішнього прояву тих чи інших показників, фізіологічних функцій, процесів в організмі.

Вчення про темперамент людини було створено вченим Павловим саме на підставі вивчення процесів гальмування і збудження, які зовні проявлялися різної емоційним забарвленням в поведінці і реакцією на ті чи інші події, слова, дії. Він довів, що в основі Холеричность, сангвістічного, меланхолійного і флегматичного проявів лежать саме нервові процеси, пов`язані з психічною діяльністю мозку, його реакціями.

Ці висновки неодноразово підтверджувалися різними вченими і психологами, дослідниками. Тому такі методи фізіології людини, як спостереження і експеримент, про який мова піде далі, були і є актуальні, важливі і результативні.

Експеримент

Експериментальні методи вивчення фізіології є основними і історично найдавнішими і популярними. Дійсно, як ще дізнатися, якщо не подивитися? Тому, поряд зі спостереженням, проводилися і різного роду випробування, найчастіше на тварин. Саме вони давали практично стовідсотковий результат у дослідженнях, дозволяли отримувати максимально достовірні дані.

Існують експериментальні методи дослідження анатомії і фізіології, що зводяться до двох основних групах.

1. Гострі експерименти. Такий спосіб дослідження застосовувався аж до кінця XIX століття, поки російський вчений Іван Петрович Павлов не знайшов інший варіант. У чому ж полягала суть такого втручання в організм? Експеримент здійснювався на живому тваринному організмі, яке прив`язувалося до спеціального верстата. Потім проводилося жівосеченіе до потрібного для дослідження органу і таким чином фіксувалися спостережувані результати його роботи. Однак ряд істотних недоліків робив цей метод малоефективним. Крім того, що з боку моралі це нелюдяно і жорстоко, адже тварина піддавалося страшним мукам і тортурам, дуже болючим операціями, не допомагала навіть анестезія, так ще й емоційні страждання, фізичний біль, випробовувана жертвою експерименту, значно спотворювала одержувані результати. Виходило замкнуте коло. Щоб дістатися до потрібного органу, слід було заподіяти страждання. Вони, в свою чергу, спотворювали нормальний перебіг фізіологічних процесів, і результат був мало ефективний.
2. Хронічний експеримент. Саме цей спосіб і запропонував Павлов. Сам він був проти гострих експериментів через їх надзвичайної жорстокості, можливо, це і сподвигло його на винахід більш гуманного варіанту. Піддослідним організмом також була тварина. Однак процедура відбувалася зовсім інакше. Перед операцією хірургічного характеру проводилася якісна анестезія. Потім в стінки потрібного органу імплантують фістула - трубка пластмасова або металева, що пришивалась до шкіри зовні. Після цього тварині давали час відновитися, залікувати утворену рану і повністю нормалізувати процеси життєдіяльності. Так отримували через фістулу інформацію про перебіг тих чи інших процесів у досліджуваній частини тіла, при цьому вона була абсолютно достовірною, оскільки організм функціонував нормально. Дослідження могли проводитися тривалий час без шкоди для здоров`я тварини і згідно з усіма правилами природного його існування.

   

Таким чином працювали основні методи фізіології, актуальні в деяких випадках і до цього дня. Хоча, звичайно, сучасні технічні нововведення поступово повністю витісняють втручання безпосередньо в організм з боку людини. Тепер можливо отримати необхідну інформацію зовсім іншими, менш хворобливими, більш точними і підходящими і для людини способами.

Графічна реєстрація

Методи фізіології людини грунтуються якраз на використанні певної апаратури. Серед таких пристроїв важливе місце займають наступні.

1. Електрокардіограф. Апарат, використовуваний для фіксації серцевих біоелектричних потенціалів. У результаті з приладу виходить накреслена на папері електрокардіограма, яку знає лікар-фахівець розшифровує і робить висновок про стан здоров`я серця і кровоносної системи. На сьогоднішній день цей апарат врятував життя мільйонам людей. Адже своєчасне виявлення проблеми - ключ до успішного лікування.
2. Мікроелектроди. Найдрібніші структури, здатні імплантуватися безпосередньо в клітку і фіксувати мембранний біопотенціал. Сьогодні це одне з найважливіших досягнень в електроніці, яке стосується фізіологічних досліджень організму людини. Ці електроди можуть вводитися навіть у мозок людини, що дозволяє спостерігати і фіксувати психосоматичні зміни в стані здоров`я і життєдіяльності.
3. Радіонуклідні методи фізіології - використовуються для отримання кількісних характеристик фізіологічних процесів.
4. Різноманітні датчики, які випускають електромагнітні хвилі. Зворотний відповідь у вигляді електричного імпульсу фіксується спеціальним приладом - осцилографом - і потім передається для обробки в комп`ютер. Тут вже відбувається детальна обробка отриманої інформації і формуються певні висновки. Так можна встановити хімічну концентрацію тих чи інших іонів, величину тиску, температуру, рух і інші параметри).

Таким чином, сучасні методи науки фізіології, засновані на використанні приладів, є самими точними, безболісними і науково інформативними з усіх нами розглянутих вище.

Хімічні та біохімічні методи

Методи анатомії і фізіології не тільки схожі між собою. Вони пов`язані також і з іншими науками. Так, існує біологічна фізіологія, біохімія, а також фізична фізіологія. Ці науки вивчають процеси всередині організму зі своєї точки зору, тобто з хімічної, фізичної та біологічної.

Так, за допомогою саме цих способів встановлюється вплив тієї чи іншої речовини (медіатора, гормону, ферменту) на що відбуваються в організмі процеси. Хімія допомагає у встановленні властивостей цього з`єднання, фізика виявляє його термодинамічні параметри, які можуть вплинути на організм. Фізіологія вимагає вивчення впливу не тільки на конкретний процес, а й взагалі на організм, орган і на сукупність зовнішніх умов. Всі разом ці науки об`єднані під загальною назвою біологічної хімії.

Методи патологічної фізіології

Предмет і методи фізіології є тісно пов`язаними і взаємозалежними один від одного поняттями. Проте нормальна наука, що вивчає здоровий живий організм - це ще не все. Існує також і патофізіологія, або патологічна, яка досліджує порушення процесів життєдіяльності, їх перебіг, вплив на організм в цілому і кожен його орган та інше. Тому у даної дисципліни з`являється свій власний комплекс способів, за допомогою яких можливе вивчення означених питань.

Які ж це методи фізіології?

1. Моделювання. Підрозділяється на дві групи: на живому об`єкті дослідження і in vitro, тобто штучної фізичній системі. Для створення будь-якої моделі патогенного процесу використовують комп`ютер або математичні обчислення на папері. Також часто для цього користуються звичайними логічними висновками та висновками. Модель, як правило, будується на підставі отриманих теоретичних даних з якого-небудь питання.
2. Теоретичний аналіз. На підставі даних, одержуваних при лабораторних дослідженнях матеріалу (живого об`єкта), будується теорія. Вона включає в себе можливі відповіді на питання: "Що з пацієнтом? Яким чином відбувається патологічний процес? Яке його стан і масштаб впливу? Які заходи боротьби доречні в даному випадку для припинення?"
3. Клінічні дослідження. Обов`язковий метод, без якого неможливе існування всіх інших. Адже теоретичні знання з`являються саме на підставі результатів клініки пацієнта. Для даного способу використовується цілий ряд супутніх методик:

• біохімічні;
• хімічні;
• фізичні;
• гістохімічні;
• морфологічні;
• статистичні та інші.

  

Тільки на підставі матеріалу, отриманого при використанні всіх методів, лікар може поставити діагноз і призначити курс лікування.

Фізіологія рослин

Це наука про життєдіяльності (функціонуванні) рослинних організмів. Йдеться про всі форми життя: від одноклітинних до вищих, включаючи водорості. Завданнями фізіологів рослин є наступні:

• розглянути і виявити механізми функціонування рослин;
• створити теоретичні основи можливості здійснення фотосинтезу в штучних умовах;
• побудувати модель, яка відображатиме сутність методики отримання підвищених врожаїв важливих сільськогосподарських культур.

Звичайно, завдання зовсім не прості. Адже рослини - справжні живі організми, в яких щомиті, як і в людині, відбуваються сотні біохімічних реакцій. Фізіологу надолужити вивчити кожну з них. Рослини дихають, харчуються, здійснюють процес фотосинтезу, розмножуються, ростуть і розвиваються - це нормальні види життєдіяльності для будь-яких живих істот. Вивчення всіх перерахованих процесів - завдання фізіологів.

Вирішити проблему здійснення фотосинтезу в штучних умовах - значить дати людям можливість доступу до величезного потенційного джерела харчування. Адже тоді голод у світі зникне, якість життя людей значно підвищиться. Але поки повністю цю проблему вирішити не вдалося, хоча багато питань в області фотохімічної сторони процесу вже вирішені.

Методи даної науки

Фізіологія рослин тісно межує з наступними сучасними науками:

• біотехнологією;
• молекулярною біологією;
• генною інженерією;
• біофізикою;
• клітинної інженерією.

Природно, що це відбивається і на способах, за допомогою яких проводяться дослідження рослинних організмів. Так, методи фізіології рослин наступні.

1. Культивування.
2. Методи світлової та електронної спектроскопії.
3. Електрохімічні.
4. Оптико-акустичні.
5. Хроматографічні.
6. Спектрофотометричні.

Очевидно, що всі вони спрямовані на вимірювання чисельних показників: продуктивності, маси, приросту, розвитку, результатів пластичного і енергетичного обміну. Що дозволяють вирішити подібні методи? Дуже важливі сільськогосподарські завдання, такі як:

• селекція рослин;
• отримання гетерозисних форм;
• інтродукція;
• акліматизація;
• районування сортів;
• штучне зрошення;
• місця вирощування рослин.

Таким чином, фізіологія рослин - ще одна фундаментальна біологічна наука, яка грає важливу роль в житті людини.